Hành trang bước vào thế kỷ 21 của kỹ sư công nghệ luôn kèm theo laptop, máy vi tính trong khi đó bàn tính, thước tính nhanh chóng trở thành các công cụ của lịch sử. Ngành Kỹ thuật Hóa học cũng không nằm ngoài xu thế đó, khi máy tính tay của sinh viên không thể đáp ứng cho các bài toán phức tạp như đồ án thiết kế chuyên ngành, đồ án tốt nghiệp, cũng như trong thực tế sản xuất sau này. Thiết kế bằng mô phỏng với sự hỗ trợ của các phần mềm chuyên dụng và máy vi tính đã trở thành phương pháp hiệu quả và là xu thế tất yếu, phù hợp với thực tế công nghệ trong thế kỷ 21.
Hiện nay, các nhà máy hóa chất và dầu khí sử dụng công nghệ tự động hóa hoàn toàn. Nếu như kỹ sư vận hành chưa biết về mô phỏng thì việc làm quen và tiếp thu các kỹ năng liên quan đến quá trình vận hành nhà máy thực tế sẽ rất phức tạp. Khi kỹ sư công nghệ có nhiệm vụ xem xét đánh giá dự án hoặc tham gia thiết kế cho dự án mà chỉ với máy tính tay thì thời gian và độ tin cậy của kết quả là không thể đáp ứng yêu cầu thực tiễn…
Công cụ mô phỏng đã hỗ trợ cho các kỹ sư Kỹ thuật Hóa học thực hiện được các nhiệm vụ khó khăn và phức tạp với độ chính xác cao, cụ thể là:
- – Thiết kế một nhà máy hoặc một phân xưởng qua các giai đoạn thiết kế sơ bộ tiền khả thi (Pre-FS), thiết kế cơ sở (Basic Design), thiết kế tổng thể kỹ thuật (FEED), thiết kế kỹ thuật chi tiết (Detail Design).
- – Tối ưu hóa các chế độ công nghệ hoặc đưa ra các giải pháp cải tiến công nghệ đang tồn tại khi nguyên liệu đầu vào thay đổi, hoặc yêu cầu chất lượng sản phẩm đầu ra tăng lên,…
- – Lựa chọn chiến lược điều khiển phù hợp, hiệu chỉnh các thông số cần thiết cho các bộ điều khiển.
- – Giả lập sự cố phục vụ cho đào tạo kỹ sư vận hành có kỹ năng phát hiện và kịp thời xử lý sự cố trong quá trình vận hành đảm bảo sản xuất an toàn và ổn định.
- – Mô phỏng các quá trình phản ứng, đưa các số liệu từ phòng thí nghiệm vào những mô hình thiết bị phản ứng mà không cần lắp đặt các thiết bị phản ứng trong thực tế.
Công cụ mô phỏng Kỹ thuật Hóa học có thể ứng dụng cho các chuyên ngành như Quá trình & Thiết bị Công nghệ Hóa học (quá trình chưng cất hai hoặc nhiều cấu tử, quá trình cô đặc nhiều nồi…); Công nghệ các hợp chất Vô cơ (công nghệ tổng hợp amoniac, sản xuất axit sunfuric, hóa lỏng không khí sản xuất Oxy và Nito…), mô phỏng chu trình lạnh, quá trình nén đa cấp… và nhiều các lĩnh vực khác liên quan…
Quá trình cô đặc 3 nồi
Khi nghiên cứu phản ứng hoặc tổng hợp xúc tác mới, sinh viên cần thu thập đầy đủ số liệu để có thể xác định được phương trình động học của quá trình phản ứng và từ đó xây dựng sơ đồ công nghệ sử dụng các kết quả nghiên cứu nhận được. Đó chính là con đường ngắn nhất đưa các kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm ra thực tế. Và đó cũng chính là sự khác biệt cơ bản giữa các kỹ sư hóa có tư duy công nghệ với các cử nhân hóa học.
Trong công nghệ dầu khí, tiếp theo quá trình thăm dò và khai thác là quá trình thu gom, xử lý, chế biến dầu khí. Trong phạm vi công nghệ hóa học, quá trình mô phỏng được được thực hiện tại ba công đoạn chính sau:
- – Khâu thượng nguồn (Upstream): xử lý dầu khí trên giàn xử lý trung tâm.
- – Khâu trung nguồn (Midstream): thu gom sản phẩm từ các giàn khai thác đưa về trạm tiếp bờ, từ đó phân phối đến các hộ tiêu thụ bằng các tuyến ống dài hàng chục tới hàng trăm, thậm chí hàng ngàn kilomet dưới đáy biển và cả trên mặt đất.
- – Khâu hạ nguồn (Downstream): xử lý, chế biến dầu khí tại các nhà máy, các khu tổ hợp công nghiệp lọc hóa dầu.
Tùy theo yêu cầu công nghệ và nhiệm vụ thiết kế cụ thể cần lựa chọn công cụ mô phỏng phù hợp, không có một công cụ nào áp dụng đúng trong mọi trường hợp, với mọi bài toán đặt ra. Mô phỏng công nghệ trên giàn xử lý trung tâm có thể dùng các phần mềm mô phỏng Hysys hoặc Unisim Design, và cũng có thể sử dụng các công cụ của Olga, tuy nhiên sẽ khá phức tạp với những kỹ sư mới làm quen với phần mềm Olga.
Mô phỏng khâu trung nguồn với bài toán thu gom khí và condensate, cần phải khảo sát thủy động lực học của dòng nhiều pha vận chuyển trong tuyến ống dài với cấu hình phức tạp, thì việc sử dụng Olga là lựa chọn đúng đắn hơn cả. Từ các kết quả tính toán chế độ dòng chảy, điều kiện tạo slug, tạo hydrat, tạo sáp… cần phải đưa ra các giải pháp cần thiết để đảm bảo vận chuyển an toàn dòng nhiều pha tới nơi tiêu thụ trong điều kiện ổn định và chưa ổn định. Đây là một lĩnh vực rất mới mẻ, mà các sinh viên chuyên ngành Hóa Dầu Đại học Bách khoa Hà Nội đã và đang tiếp cận. Các em đã được tham gia vào các dự án thực tế của ngành dầu khí nước ta, và một số dự án đã đưa vào triển khai trong thời gian qua.
Tính toán thiết kế khâu hạ nguồn, bao gồm thiết kế các nhà máy chế biến dầu khí, tổng hợp, chế biến các hợp chất vô cơ hoặc hữu cơ,…bằng phần mềm mô phỏng sẵn có, độ chính xác cao như: Hysys, Unisim Design, Dynsim hoặc ProII. Ngoài ra, trong những trường hợp cần thiết, việc mô phỏng bằng các phần mềm tự viết bằng ngôn ngữ lập trình MatLab, Visual Basic,…là những công cụ rất hữu ích.
Như vậy, việc tính toán thiết kế các đồ án chuyên ngành và đồ án tốt nghiệp bằng các phần mềm phù hợp, và lập trình cho những bài toán đặc thù, đã trở thành nhu cầu cấp thiết của thực tế. Kỹ năng sử dụng thành thạo các phần mềm mô phỏng cho phép các kỹ sư kỹ thuật hóa học tương lai có được công cụ mạnh, hữu ích, nhanh chóng tiếp cận và làm quen với quá trình công nghệ và nghiên cứu đầy đủ hơn các quá trình trong thực tế.
Chưng đẳng phí hệ THF-H2O (tetrahydrofuran-nước) với áp suất thay đổi
Hoahocngaynay.com
Nguồn: PGS. TS. Nguyễn Thị Minh Hiền-Viện Kỹ thuật Hóa học/Đại học Bách khoa Hà Nội
